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DE19911923A1 - Ferroelectric liquid crystal display with active matrix elements and asymmetrical orientation layers - Google Patents

Ferroelectric liquid crystal display with active matrix elements and asymmetrical orientation layers

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Publication number
DE19911923A1
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DE
Germany
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liquid crystal
active matrix
crystal layer
layers
orientation
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE1999111923
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German (de)
Inventor
Hans-Rolf Duebal
Toshiaki Nonaka
Rainer Wingen
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Clariant Produkte Deutschland GmbH
Original Assignee
Clariant GmbH
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Publication date
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Priority to PCT/EP2000/002350 priority patent/WO2000055684A1/en
Priority to EP00916962A priority patent/EP1166175A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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Abstract

Im monostabilen chiral-smektischen Aktivmatrix-Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht enthält, unterscheiden sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander.In the monostable chiral-smectic active matrix display, which contains a liquid crystal layer between two substrates connected to the outside with electrodes, the layers adjacent to the liquid crystal layer or the layer systems of the two substrates between the liquid crystal layer and electrodes differ in at least one physical and / or chemical property .

Description

Der Ersatz der Kathodenstrahlröhre (Bildröhre) durch einen flachen Bildschirm erfordert eine Displaytechnologie, die gleichzeitig eine hohe Auflösung, d. h. mehr als 1000 Zeilen, eine hohe Helligkeit (< 200 Cd/m2), einen hohen Kontrast (< 100 : 1), eine hohe Bildfrequenz (< 60 Hz), eine ausreichende Farbdarstellung (< 16 Mio), ein großes Bildformat (< 40 cm), eine geringe Leistungsaufnahme und einen weiten Betrachtungswinkel ermöglicht, verbunden mit niedrigen Herstellkosten. Zur Zeit existiert keine Technologie, die alle diese Merkmale gleichzeitig in vollem Umfang erfüllt.The replacement of the cathode ray tube (picture tube) with a flat screen requires a display technology that simultaneously has a high resolution, ie more than 1000 lines, a high brightness (<200 Cd / m 2 ), a high contrast (<100: 1), a high frame rate (<60 Hz), sufficient color display (<16 million), large image format (<40 cm), low power consumption and a wide viewing angle, combined with low manufacturing costs. There is currently no technology that fully fulfills all of these features at the same time.

Viele Hersteller haben auf der Basis nematischer Flüssigkristalle Bildschirme entwickelt, die seit einigen Jahren im Bereich von Notebook PC, Personal Digital Assistants, Desktop Monitoren usw. im Einsatz sind. Es werden dabei die Technologien STN (Supertwisted Nematics), AM-TN (Active Matrix-Twisted Nematics), AM-IPS (Active Matrix-In Plane Switching), AM-MVA (Active Matrix-Multidomain Vertically Aligned) verwendet, die in der einschlägigen Literatur ausführlich beschrieben werden (siehe z. B. T. Tsukuda, TFT/LCD:
Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 und darin zitierte Literatur; SID Symposium 1997, ISSN-0097-966X und darin zitierte Literatur). Darüber hinaus wird auf die Technologien PDP (Plasma Display Panel), PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), ELD (Electro Luminescent Display), FED (Field Emission Display) u.s.w. hingewiesen, die ebenfalls im oben zitierten SID Bericht erläutert sind.
Many manufacturers have developed screens based on nematic liquid crystals, which have been in use in the area of notebook PCs, personal digital assistants, desktop monitors, etc. for several years. The technologies STN (Supertwisted Nematics), AM-TN (Active Matrix-Twisted Nematics), AM-IPS (Active Matrix-In Plane Switching), AM-MVA (Active Matrix-Multidomain Vertically Aligned) are used in the relevant literature are described in detail (see e.g. BT Tsukuda, TFT / LCD:
Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 and literature cited therein; SID Symposium 1997, ISSN-0097-966X and literature cited therein). In addition, reference is made to the technologies PDP (Plasma Display Panel), PALC (Plasma Addressed Liquid Crystal), ELD (Electro Luminescent Display), FED (Field Emission Display) etc., which are also explained in the SID report cited above.

Clark und Lagerwall (US 4,367,924) konnten zeigen, daß der Einsatz ferroelektrischer Flüssigkristalle (FLC) in sehr dünnen Zellen zu optoelektrischen Schalt- oder Anzeigeelementen führt, die im Vergleich zu den herkömmlichen TN ("twisted nematic")-Zellen um bis zu einen Faktor 1000 schnellere Schaltzeiten haben (siehe z. B. EP-A 0 032 362). Aufgrund dieser und anderer günstiger Eigenschaften, z. B. der bistabilen Schaltmöglichkeit und des nahezu blickwinkelunabhängigen Kontrasts, sind FLCs grundsätzlich für Anwendungsgebiete wie Computerdisplays und Fernsehgeräte geeignet, wie ein seit Mai 1995 in Japan von der Firma Canon vermarkteter Monitor zeigt.Clark and Lagerwall (US 4,367,924) were able to show that the use ferroelectric liquid crystals (FLC) in very thin cells to optoelectric Switching or display elements leads, compared to the conventional TN ("twisted nematic") - cells up to a factor of 1000 faster switching times have (see e.g. EP-A 0 032 362). Because of this and others cheaper Properties, e.g. B. the bistable switching option and almost angle-independent contrast, FLCs are basically for Areas of application such as computer displays and televisions suitable as a Monitor marketed by Canon in Japan since May 1995.

Für die Verwendung von chiral smektischen Flüssigkristallen in elektrooptischen oder vollständig optischen Bauelementen benötigt man entweder Verbindungen, die smektische Phasen ausbilden und selbst optisch aktiv sind, oder man kann durch Dotierung von Verbindungen, die zwar solche smektischen Phasen ausbilden, selbst aber nicht optisch aktiv sind, mit optisch aktiven Verbindungen ferroelektrische smektische Phasen induzieren. Die gewünschte Phase soll dabei über einen möglichst großen Temperaturbereich stabil sein.For the use of chiral smectic liquid crystals in electro-optical or completely optical components you need either connections, which develop smectic phases and are themselves optically active, or you can by doping compounds that have such smectic phases train, but are not optically active themselves, with optically active connections induce ferroelectric smectic phases. The desired phase should be be stable over the largest possible temperature range.

Ein smektisches Flüssigkristalldisplay ist aus Polarisatoren, mit Elektroden, z. B. aus Indium-Zinn-Oxid, beschichteten Substraten aus Kunststoff oder Glas, die mit einer oder mehreren Orientierungsschichten und möglicherweise weiteren Schichten (Passivierungs-, Diffusionssperr-, Isolations-, Antireflex-Schichten usw.) sowie Farbfilterschichten versehen sind, einer Flüssigkristallschicht und möglicherweise aktiven Dünnschichtelementen aufgebaut. (siehe z. B. C. Prince, Seminar Lecture Notes, Volume I, Seiten M-3/3-M-3/22, SID International Symposium 1997, Boston, USA; B. B. Bahadur, Liquid Crystals Application and Uses, Vol. 1, Seite 410 ff, World Scientific Publishing, 1990; E. Lüder, Recent Progress of AMLCD's, Proceedings of the 15th international display research conference, 1995, Seiten - 12).A smectic liquid crystal display is made of polarizers, with electrodes, e.g. B. from indium tin oxide, coated substrates made of plastic or glass, which are provided with one or more orientation layers and possibly further layers (passivation, diffusion barrier, insulation, antireflection layers, etc.) and color filter layers, a liquid crystal layer and possibly active thin-film elements built up. (see e.g. BC Prince, Seminar Lecture Notes, Volume I, pages M-3/3-M-3/22, SID International Symposium 1997, Boston, USA; BB Bahadur, Liquid Crystals Application and Uses, Vol. 1, page 410 ff, World Scientific Publishing, 1990; E. Lüder, Recent Progress of AMLCD's, Proceedings of the 15 th international display research conference, 1995, pages - 12).

Die einzelnen Bildelemente (Pixel) eines LC Displays sind üblicherweise in einer x, y-Matrix angeordnet, die durch die Anordnung je einer Serie von Elektroden (Leiterbahnen) entlang der Reihen und der Spalten an der Unter- bzw. Oberseiteseite des Displays gebildet wird. Die Kreuzungspunkte der horizontalen (Reihen-) und vertikalen (Spalten-) Elektroden bilden adressierbare Pixel.The individual picture elements (pixels) of an LC display are usually in one x, y matrix arranged by the arrangement of a series of electrodes (Conductor tracks) along the rows and the columns on the lower or Top of the display is formed. The crossing points of the horizontal (Row) and vertical (column) electrodes form addressable pixels.

Diese Anordnung der Bildpunkte bezeichnet man üblicherweise als eine passive Matrix. Zur Adressierung wurden verschiedene Multiplex-Schemata entwickelt, wie beispielsweise in Displays 1993, Vol. 14, Nr. 2, S. 86-93 und Kontakte 1993 (2), S. 3-14 beschrieben. Die passive Matrixadressierung hat den Vorteil einer einfacheren Herstellung des Displays und damit verbundenen geringen Herstellkosten, jedoch den Nachteil, daß die passive Adressierung immer nur zeilenweise erfolgen kann, was dazu führt, daß die Adressierungszeit des gesamten Bildschirms bei N Zeilen das N-fache der Zeilenadressierungszeit beträgt und damit zu langsam für bewegte Bilder ist. Zudem ist die Darstellung von Graustufen schwierig. Mizutani et.al. haben auf der FLC-Konferenz in Brest, Frankreich (20.-24 Juli 1997, siehe Abstract Book 6th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals, Brest / France) ein passives FLC Display mit digitalen Graustufen vorgestellt. Der Nachteil dieser Methode ist eine starke Erhöhung der Anzahl benötigter Bildschirmtreiber und damit der Kosten.This arrangement of the pixels is usually referred to as a passive matrix. Various multiplexing schemes have been developed for addressing, as described, for example, in Displays 1993, Vol. 14, No. 2, pp. 86-93 and contacts 1993 (2), pp. 3-14. Passive matrix addressing has the advantage of simpler manufacture of the display and the associated low manufacturing costs, but the disadvantage that passive addressing can only be carried out line by line, which means that the addressing time of the entire screen for N lines is N times the line addressing time is too slow for moving pictures. The display of grayscale is also difficult. Mizutani et.al. Conference FLC in Brest, France have on the (20 to 24 May 1997, see Abstract Book 6 th International Conference on Ferroelectric Liquid Crystals, Brest / France) passive FLC display unveiled a digital grayscale. The disadvantage of this method is a large increase in the number of display drivers required and thus in the cost.

Bei der sogenannten Aktivmatrix-Technologie (AMLCD) wird üblicherweise ein nicht-strukturiertes Substrat mit einem Aktivmatrixsubstrat kombiniert. An jedem Pixel des Aktivmatrixsubstrates ist ein elektrisch nichtlineares Element, beispielsweise ein Dünnschichttransistor, integriert. Bei dem nichtlinearen Element kann es sich auch um Dioden, Metall-Insulator-Metall u. ä. Elemente handeln, die vorteilhaft mit Dünnschichtverfahren hergestellt werden und in der einschlägigen Literatur beschrieben sind (s. z. B. T. Tsukuda, TFT/LCD: Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 und darin zitierte Literatur).In the so-called active matrix technology (AMLCD) is usually a non-structured substrate combined with an active matrix substrate. On everyone Pixel of the active matrix substrate is an electrically non-linear element, for example, a thin film transistor integrated. With the non-linear Element can also be diodes, metal insulator metal and the like. elements  act, which are advantageously produced with thin film processes and in the relevant literature are described (see e.g. T. Tsukuda, TFT / LCD: Liquid Crystal Displays Addressed by Thin-Film Transistors, Gordon and Breach 1996, ISBN 2-919875-01-9 and literature cited therein).

Aktivmatrix-LCD werden üblicherweise mit nematischen Flüssigkristallen im TN-(twisted nematics), ECB- (electrically controlled birefringence), VA- (vertically aligned) oder IPS- (in plane switching) Modus betrieben. In jedem Fall wird durch die aktive Matrix an jedem Bildpunkt ein elektrisches Feld individueller Stärke erzeugt, das eine Orientierungsänderung und damit eine Änderung der Doppelbrechung erzeugt, die wiederum im polarisierten Licht optisch sichtbar ist. Ein schwerwiegender Nachteil dieser Verfahren ist die mangelnde Videofähigkeit, d. h. die zu langen Schaltzeiten nematischer Flüssigkristalle.Active matrix LCDs are usually built with nematic liquid crystals TN- (twisted nematics), ECB- (electrically controlled birefringence), VA- (vertically aligned) or IPS (in plane switching) mode. In any case the active matrix creates an electric field at every pixel individual strength that creates an orientation change and thus a Change in birefringence is generated, which in turn is in polarized light is optically visible. A serious disadvantage of these methods is that lack of video ability, d. H. the too long switching times nematic Liquid crystals.

Unter anderem aus diesem Grunde wurden Flüssigkristallanzeigen, die auf der Kombination aus ferroelektrischen Flüssigkristallmaterialien und aktiven Matrix Elementen beruhen, z. B. in WO 97/12355 oder in Ferroelectrics 1996, 179, 141-­ 152 oder bei W. J. A. M. Hartmann (IEEE Trans. Electron. Devices 1989, 36,(9; Pt. 1), 1895-9, sowie Dissertation Eindhoven, Niederlande 1990) vorgeschlagen.For this reason, among other things, liquid crystal displays based on the Combination of ferroelectric liquid crystal materials and active matrix Elements based, e.g. B. in WO 97/12355 or in Ferroelectrics 1996, 179, 141- 152 or from W. J. A. M. Hartmann (IEEE Trans. Electron. Devices 1989, 36, (9; Pt. 1), 1895-9, and dissertation Eindhoven, Netherlands 1990).

Hartmann nutzte eine Kombination aus der sogenannten "Quasi-bookshelf Geometrie" (QBG) von FLC und einer TFT (Thin-Film-Transistor) Aktivmatrix und erhielt gleichzeitig eine hohe Schaltgeschwindigkeit, Graustufen und hohe Transmission. Allerdings ist die QBG nicht über einen weiten Temperaturbereich stabil, da durch die Temperaturabhängigkeit der smektischen Schichtdicke die feldinduzierte Lagenstruktur aufbricht oder sich dreht. Hartmann used a combination of the so-called "quasi-bookshelf Geometry "(QBG) from FLC and a TFT (thin film transistor) active matrix and got high switching speed, grayscale and high at the same time Transmission. However, the QBG is not over a wide temperature range stable, because of the temperature dependence of the smectic layer thickness field-induced layer structure breaks open or rotates.  

Nito et. al. haben eine monostabile FLC-Geometrie vorgeschlagen (Journal of the SID, 1/2, 1993, Seiten 163-169), bei der das FLC-Material mit Hilfe verhältnismäßig hoher Spannungen derart orientiert wird, daß nur eine stabile Lage entsteht, aus der dann bei Anlegen eines elektrischen Feldes über einen Dünnschichttransistor eine Reihe von Zwischenzuständen erzeugt werden, die bei angepaßter Zellgeometrie zwischen gekreuzten Polarisatoren einer Reihe von verschiedenen Helligkeitsgraden (Grauwerte) entsprechen.Nito et. al. have proposed a monostable FLC geometry (Journal of the SID, 1/2, 1993, pages 163-169), in which the FLC material with the help relatively high voltages is oriented such that only a stable Position arises from which then when an electric field is applied over a Thin film transistor generates a number of intermediate states, which at adapted cell geometry between crossed polarizers of a series of correspond to different degrees of brightness (gray values).

Der Nachteil bei der Arbeit von Nito et.al. ist nun das Auftreten einer Streifentextur, die den Kontrast und die Helligkeit dieser Zelle begrenzt (siehe Abb. 8 des o.a. Zitates). Die nachteilige Streifentextur läßt sich durch eine Behandlung mit einem hohen elektrischen Feld (20-50 V) in der nematischen bzw. cholesterischen Phase (s. S. 168 des o.a. Zitates) zwar korrigieren; jedoch ist eine solche Feldbehandlung nicht für die Massenfertigung von Bildschirmen geeignet und führt in der Regel auch nicht zu temperaturstabilen Texturen. Darüber hinaus ergibt diese Methode lediglich ein Schalten in einem Winkelbereich von bis zu maximal dem einfachen Tiltwinkel, der bei dem von Nito et. al. verwendeten Material bei ca. 22° liegt (s.S. 165 Abb. 6) und damit nur eine Transmission von maximal 50% der Transmission zweier paralleler Polarisatoren ergibt.The disadvantage of working with Nito et.al. is now the appearance of a stripe texture that limits the contrast and the brightness of this cell (see Fig. 8 of the above quotation). The disadvantageous stripe texture can be corrected by treatment with a high electric field (20-50 V) in the nematic or cholesteric phase (see p. 168 of the above quotation); however, such a field treatment is not suitable for the mass production of screens and generally does not lead to temperature-stable textures. In addition, this method only results in switching in an angular range of up to a maximum of the simple tilt angle, which in the case of Nito et. al. The material used is approx. 22 ° (see p. 165 Fig. 6) and thus only results in a transmission of a maximum of 50% of the transmission of two parallel polarizers.

Für die Darstellung von Grauwerten bzw. von möglichst vielen naturgetreuen Farben soll die Kennlinie (Transmission gegen Spannung) nämlich einerseits flach genug sein, um mit den verfügbaren Spannungen die Grauwerte zielsicher zu adressieren, andererseits soll die Sättigungsspannung für 90% der Maximaltransmission (effektiver Tiltwinkel = 45°) nicht zu hoch sein, vorzugsweise im Bereich unterhalb fünf Volt (5 V), insbesondere unter drei Volt (3 V) liegen. Es ist wünschenswert, die Kennlinie für eine gegebene Flüssigkristallmischung so beeinflussen zu können, daß sie flach genug ist, um mit den verfügbaren Spannungen alle Grauwerte zielsicher zu adressieren, und keine zu hohe Sättigungsspannung für 90% der Maximaltransmission aufweist. For the representation of gray values or of as many natural ones as possible The characteristic curve (transmission versus voltage) should be colors on the one hand be flat enough to be able to target the gray values with the available voltages to address, on the other hand, the saturation voltage for 90% of the Maximum transmission (effective tilt angle = 45 °) should not be too high, preferably in the range below five volts (5 V), in particular below three volts (3 V). It is desirable to have the characteristic for a given To be able to influence liquid crystal mixture so that it is flat enough to addressing all gray values with the available voltages, and does not have too high a saturation voltage for 90% of the maximum transmission.  

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Aktivmatrix- Displays, das die Beeinflussung der Kennlinie einer gegebenen Flüssigkristallmischung in vorteilhafter Weise erlaubt.The object of the present invention is to provide an active matrix Displays that influence the characteristic of a given Liquid crystal mixture allowed in an advantageous manner.

Es wurde erfindungsgemäß gefunden, daß die Kennlinie für eine Flüssigkristallschicht in einem monostabilen chiral smektischen Aktivmatrix- Display beeinflußt werden kann, wenn sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.It has been found according to the invention that the characteristic curve for a Liquid crystal layer in a monostable chiral smectic active matrix Display can be affected if the on the liquid crystal layer adjacent layers of the two substrates in at least one physical and / or differentiate chemical property from each other.

Die Erfindung betrifft damit ein monostabiles chiral-smektisches Aktivmatrix- Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht, vorzugsweise in Form einer Monodomäne, enthält, wobei sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.The invention thus relates to a monostable chiral-smectic active matrix Display that is between two substrates connected to the outside with electrodes Contains liquid crystal layer, preferably in the form of a monodomain, wherein the layers adjacent to the liquid crystal layer or those between Liquid crystal layer and electrodes located layer systems of the two Substrates with at least one physical or chemical property differentiate from each other.

Die erfindungsgemäßen Aktivmatrix-Displays sind im allgemeinen aus Polarisatoren, mit Elektroden wie Indium-Zinn-Oxid beschichteten Substraten aus Kunststoff oder Glas, die mit einer oder mehreren Orientierungsschichten und möglicherweise weiteren Schichten (wie Passivierungs-, Diffussionssperr-, Isolations-Antireflexschichten usw.) sowie Farbfilterschichten versehen sein können, und einer Flüssigkristallschicht, die zwischen den Substraten liegt, aufgebaut. Zudem können die Displays aktive Dünnschichtelemente aufweisen. Für den Aufbau der Aktivmatrix-Displays kann auf die eingangs zitierte Literatur verwiesen werden. Unter dem Ausdruck "die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate" werden bei Vorliegen von Orientierungsschichten diese Orientierungsschichten verstanden. Wenn keine derartigen Schichten vorliegen, handelt es sich um die oberste der Flüssigkristallschicht zugewandte Schicht der Substrate. Es handelt sich somit um die "innen liegenden" Schichten der Substrate, die mit der Flüssigkristallschicht in Berührung stehen. Es ist dabei unbeachtlich, ob weitere Passivierungs-, Diffussionssperr-, Isolations-, Antireflexschichten oder ähnliche Schichten gegebenenfalls noch auf der Oberfläche vorliegen. Auch bei Vorliegen derartiger Schichten wird die Orientierungsschicht oder die innen liegende Schicht der Substrate als "an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht" angesehen.The active matrix displays according to the invention are generally made of Polarizers made of substrates coated with electrodes such as indium tin oxide Plastic or glass with one or more orientation layers and possibly other layers (such as passivation, diffusion barrier, Insulation anti-reflective layers, etc.) and color filter layers and a liquid crystal layer that lies between the substrates, built up. In addition, the displays can have active thin-film elements. For the structure of the active matrix displays, reference can be made to the literature cited at the beginning to get expelled. Under the expression "those on the liquid crystal layer adjacent layers of the substrates "are in the presence of Orientation layers understood these orientation layers. If no  such layers exist, it is the top of the Layer of substrates facing liquid crystal layer. It is therefore about the "inner" layers of the substrates, which are in contact with the liquid crystal layer To be in touch. It is irrelevant whether additional passivation, Diffusion barrier, insulation, anti-reflective layers or similar layers possibly still present on the surface. Even if there are Layers become the orientation layer or the inner layer of the Substrates viewed as "layer adjacent to the liquid crystal layer".

Durch die unterschiedlichen physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten weist ein Bildpunkt (Pixel = picture element) des erfindungsgemäßen monostabilen chiral smektischen Displays, von Randbereichen abgesehen, einen unsymmetrischen Querschnitt in vertikaler Richtung auf, das heißt senkrecht in bezug auf die Flüssigkristallschicht. Die Unsymmetrie kann sich dabei auf die geometrischen Dismensionen oder Relationen der an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder Schichtsysteme beziehen, wie auch auf die dielektrischen Eigenschaften oder beispielsweise Oberflächeneigenschaften, wie Oberflächenspannungen oder Oberflächenanisotropien. Durch die mindestens eine unterschiedliche physikalische oder chemische Eigenschaft der Schichten, die zwischen Flüssigkristall und Elektroden liegen, wird eine Unsymmetrie erzeugt.Due to the different physical and / or chemical properties of the layers adjacent to the liquid crystal layer has a picture element (pixel = picture element) of the monostable chiral smectic according to the invention Displays, apart from marginal areas, an asymmetrical cross section in vertical direction, that is perpendicular with respect to the Liquid crystal layer. The asymmetry can affect the geometric Dimensions or relations of those applied to the liquid crystal layer Relate layers or layer systems, as well as the dielectric Properties or for example surface properties such as Surface tensions or surface anisotropies. By the at least one different physical or chemical property of the layers that an asymmetry is generated between the liquid crystal and the electrodes.

Vorzugsweise unterscheiden sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate in der Orientierung. Dabei weist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung nur eine an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht eine Orientierungsschicht auf. Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weisen beide an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten Orientierungsschichten auf, die sich in der Orientierung unterscheiden oder es können die Oberflächenrauheit und/oder der Oberflächentiltwinkel verschieden sein. Speziell kann z. B. die transparente Leiterbahn durch Ätzprozesse unterschiedlich aufgeraut werden und damit die Orientierungswirkung unsymmetrisch beeinflußt werden. Dabei können sich die Orientierungsschichten beispielsweise in der Stärke und/oder Richtung der Orientierung unterscheiden.The ones lying on the liquid crystal layer preferably differ Layers of substrates in the orientation. According to one Embodiment of the invention only one applied to the liquid crystal layer Layer an orientation layer. According to a further embodiment According to the invention, both layers adjoining the liquid crystal layer Orientation layers that differ in orientation or it the surface roughness and / or the surface tilt angle can differ his. Specifically, e.g. B. the transparent conductor track by etching processes be roughened differently and thus the orientation effect  be influenced asymmetrically. The orientation layers can for example, differ in the strength and / or direction of orientation.

Vorzugsweise erfolgt die vorteilhafte Beeinflussung der Kennlinie über die Auswahl geeigneter Orientierungsschichten.The characteristic curve is advantageously influenced via the Selection of suitable orientation layers.

Gegenstand der Erfindung ist vorzugsweise ein monostabiles Aktiv-Matrix- Display, bei welchem durch die gezielte Kombination von Orientierungsschichten eine optimale Kennlinie erhalten wird.The invention preferably relates to a monostable active matrix Display, in which the targeted combination of orientation layers an optimal characteristic is obtained.

Es wurde gefunden, daß sich die Kennlinie zu niedrigeren Spannungen hin verschiebt, wenn die beiden 'oben' und 'unten' an die Flüssigkristallschicht angrenzenden Schichten oder bis zur Elektrode reichenden Schichtsysteme sich voneinander unterscheiden. Dies gilt insbesondere für die Verwendung zweier verschiedener Orientierungsschichten, die oberhalb und unterhalb an die Flüssigkristallschicht angrenzen. Ausdrücklich sind diese Schichten auch dann verschieden, wenn sie aus demselben Material bestehen, aber unterschiedlich vorbehandelt wurden, z. B. eine Seite stark gerieben, die andere Seite schwach oder gar nicht gerieben wurde. Geeignet sind auch Zellen mit nur einer Orientierungsschicht.It was found that the characteristic curve tends towards lower voltages shifts when the two 'top' and 'bottom' to the liquid crystal layer adjacent layers or layer systems extending to the electrode differentiate from each other. This applies in particular to the use of two different orientation layers, above and below the Adjacent the liquid crystal layer. These layers are also express then different if they are made of the same material, but different were pretreated, e.g. B. one side rubbed hard, the other side weak or was not rubbed at all. Cells with only one are also suitable Orientation layer.

In den erfindungsgemäßen monostabilen chiral smektischen Aktivmatrix- Displays können alle geeigneten chiral-smektischen, insbesondere ferroelektrischen Flüssigkristallmischungen eingesetzt werden. Die Flüssigkristallmischung nimmt eine monostabile Lage ein, bildet dabei jedoch keinerlei Streifentextur, ist temperaturstabil und ermöglicht eine sehr hohe Maximaltransmission sowie einen sehr hohen Kontrast. In the monostable chiral smectic active matrix Displays can be any suitable chiral-smectic, in particular ferroelectric liquid crystal mixtures are used. The Liquid crystal mixture takes on a monostable position, but forms in the process no stripe texture, is temperature stable and enables a very high Maximum transmission and a very high contrast.  

Das erfindungsgemäße Aktivmatrix-FLC-Display enthält als optisch wirksame Schicht vorzugsweise ein ferroelektrisch flüssigkristallines Medium mit einer Phasenfolge von
Isotrop-Nematisch oder Cholesterisch-smektisch C*
oder die Phasenfolge
Isotrop-Nematisch oder Cholesterisch-smektisch A-smektisch C*,
in diesem Fall jedoch dadurch gekennzeichnet, daß die smektisch A Phase einen Existenzbereich von maximal 2°C, vorzugsweise maximal 1°C besitzt.
The active matrix FLC display according to the invention preferably contains, as an optically active layer, a ferroelectric liquid-crystalline medium with a phase sequence of
Isotropic-nematic or cholesteric-smectic C *
or the phase sequence
Isotropic-nematic or cholesteric-smectic A-smectic C *,
in this case, however, characterized in that the smectic A phase has a range of existence of at most 2 ° C, preferably at most 1 ° C.

Die nachfolgenden Beispiele sollen die Erfindung näher erläutern, ohne sie jedoch darauf einzuschränken.The following examples are intended to explain the invention in greater detail, but without it to limit it.

BeispieleExamples Beispiel 1example 1

Eine LCD-Testzelle wird auf zwei handelsüblichen, mit Indium-Zinnoxid leitfähig transparent beschichteten Glasplatten hergestellt. Diese werden mit der Orientierungsschicht LQT-120 (Hersteller: Hitachi Chemicals KK), die mit N- Methylpyrrolidon auf 8.3% ihres ursprünglichen Feststoffgehaltes verdünnt wird, durch Spin-coating beschichtet (2500 U/min. 10 sec), durch Erhitzen gehärtet (230°C, 1 Stunde) und anschließend einem Reibeprozeß zwecks Orientierung unterzogen (Reibestoff: Rayon-Typ YA-20-R*, clearance 0.2 mm, 1 mal, 700 U/min Walzendrehzahl, 10 cm/s Substratgeschwindigkeit, 10 cm Rollendurchmesser). Dabei kann der Reibedruck über die 'clearance' (lichter Abstand zwischen Reibestoff und Substrat) variiert werden und wird als 'stark' bzw. 'schwach' bezeichnet.An LCD test cell is placed on two commercially available, with indium tin oxide made of conductive transparent coated glass plates. These are with the Orientation layer LQT-120 (manufacturer: Hitachi Chemicals KK), which with N- Methylpyrrolidone is diluted to 8.3% of its original solids content, coated by spin coating (2500 U / min. 10 sec), hardened by heating (230 ° C, 1 hour) and then a rubbing process for orientation subjected (rubbing material: rayon type YA-20-R *, clearance 0.2 mm, 1 time, 700 U / min roller speed, 10 cm / s substrate speed, 10 cm Roll diameter). The friction pressure can be adjusted via the clearance  Distance between friction material and substrate) can be varied and is considered 'strong' or 'weak'.

Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt. Es werden drei Arten von Zellen hergestellt:
The rubbed glasses are glued with the rubbing direction parallel to the test cells and adjusted to a distance of 1.3 µm using a spacer. Three types of cells are made:

  • a) symmetrisch mit schwachem Reibedruck auf der oberen und der unteren Glasplatte (Zelle 1)a) symmetrical with weak rubbing pressure on the upper and lower Glass plate (cell 1)
  • b) symmetrisch mit starkem Reibedruck auf der oberen und unteren Seite (Zelle 2)b) symmetrical with strong rubbing pressure on the upper and lower side (Cell 2)
  • c) unsymmetrisch mit starkem Druck auf einer und schwachem Druck auf der anderen Seite (Zelle 3)c) unbalanced with strong pressure on one and weak pressure on the other side (cell 3)

Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral-smektischen Testmischung der Phasenfolge
The cells are now each chiral-smectic test mixture of the phase sequence

X < 0 Sc* 78.2 N* 103.0-105.7 I
X <0 Sc * 78.2 N * 103.0-105.7 I

gefüllt und durch Abkühlen auf < 100°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 80°C bis 70°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.filled and by cooling to <100 ° C initially in the nematic phase oriented. In the temperature range from 80 ° C to 70 ° C, the test mixture is used a cooling rate of 1 ° C / minute with an applied DC voltage of 3 V. oriented and then cooled to the examination temperature of 25 ° C. Here a monodomain is obtained, which is in an electro-optical measuring apparatus their electro-optical properties are examined.

Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
The following transmission values * are obtained as a function of the applied voltage.

* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.* Transmission based on two parallel polarizers, i.e. H. 100% corresponds to this experiment of the theoretical maximum transmission of the cell.

Das Beispiel belegt die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen. The example shows the advantageous shift in the threshold voltage smaller values when using asymmetrical cells.  

Beispiel 2Example 2

Eine LCD-Testzelle wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, jedoch wird nur eines der beiden Substrate beschichtet, das zweite Substrat jedoch ohne Orientierungsschicht gerieben (Zelle a). Zum Vergleich wird jeweils auch eine symmetrische Zelle, d. h. beide Seiten beschichtet mit LQT120, hergestellt (Zelle b).An LCD test cell is made as described in Example 1, but is coated only one of the two substrates, but without the second substrate Orientation layer rubbed (cell a). For comparison, there is also one symmetrical cell, i. H. both sides coated with LQT120, manufactured (cell b).

Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt.The rubbed glasses become the rubbing direction with parallel alignment Test cells glued and using a spacer to a distance of 1.3 µm set.

Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral-smektischen Testmischung der Spontanpolarisation 4 nC/cm2 und der Phasenfolge
The cells are now each with a chiral-smectic test mixture of spontaneous polarization 4 nC / cm 2 and the phase sequence

X < 0 Sc* 67.6 N* 91.1-93.9 I
X <0 Sc * 67.6 N * 91.1-93.9 I

gefüllt und durch Abkühlen auf < 90°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 70°C bis 60°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.filled and by cooling to <90 ° C initially in the nematic phase oriented. In the temperature range from 70 ° C to 60 ° C, the test mixture is used a cooling rate of 1 ° C / minute with an applied DC voltage of 3 V. oriented and then cooled to the examination temperature of 25 ° C. Here a monodomain is obtained, which is in an electro-optical measuring apparatus their electro-optical properties are examined.

Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
The following transmission values * are obtained as a function of the applied voltage.

* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.* Transmission based on two parallel polarizers, i.e. H. 100% corresponds to this experiment of the theoretical maximum transmission of the cell.

Das Beispiel belegt ebenfalls die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen. The example also demonstrates the advantageous shift in the threshold voltage to smaller values when using asymmetrical cells.  

Beispiel 3Example 3

Eine LCD-Testzelle wird, wie in Beispiel 1 beschrieben, hergestellt, jedoch wird nur eines der beiden Substrate beschichtet, das zweite Substrat jedoch ohne Orientierungsschicht gerieben (Zelle a). Zum Vergleich wird jeweils auch eine symmetrische Zelle, d. h. beide Seiten beschichtet mit LQT120, hergestellt (Zelle b).An LCD test cell is made as described in Example 1, but is coated only one of the two substrates, but without the second substrate Orientation layer rubbed (cell a). For comparison, there is also one symmetrical cell, i. H. both sides coated with LQT120, manufactured (cell b).

Die geriebenen Gläser werden bei paralleler Ausrichtung der Reiberichtung zu Testzellen verklebt und mittels Abstandhalter auf einen Abstand von 1,3 µm eingestellt.The rubbed glasses become the rubbing direction with parallel alignment Test cells glued and using a spacer to a distance of 1.3 µm set.

Die Zellen werden nun jeweils mit einer chiral smektischen Testmischung der Spontanpolarisation 4 nC/cm2 und der Phasenfolge
The cells are now each with a chiral smectic test mixture of spontaneous polarization 4 nC / cm 2 and the phase sequence

X < 0 Sc* 63.1 N* 89.6-92.1 I
X <0 Sc * 63.1 N * 89.6-92.1 I

gefüllt und durch Abkühlen auf < 90°C zunächst in der nematischen Phase orientiert. Im Temperaturbereich von 66°C bis 58°C wird die Testmischung mit einer Kühlrate von 1°C/Minute bei einer anliegenden Gleichspannung von 3 V orientiert und dann auf die Untersuchungstemperatur von 25°C abgekühlt. Dabei wird eine Monodomäne erhalten, die in einer elektro-optischen Meßapparatur auf ihre elektro-optischen Eigenschaften hin untersucht wird.filled and by cooling to <90 ° C initially in the nematic phase oriented. In the temperature range from 66 ° C to 58 ° C, the test mixture is used a cooling rate of 1 ° C / minute with an applied DC voltage of 3 V. oriented and then cooled to the examination temperature of 25 ° C. Here a monodomain is obtained, which is in an electro-optical measuring apparatus their electro-optical properties are examined.

Man erhält folgende Transmissionswerte* als Funktion der anliegenden Spannung.
The following transmission values * are obtained as a function of the applied voltage.

* Transmission bezogen auf zwei parallele Polarisatoren, d. h. 100% entspricht in diesem Experiment der theoretischen Maximaltransmission der Zelle.* Transmission based on two parallel polarizers, i.e. H. 100% corresponds to this experiment of the theoretical maximum transmission of the cell.

Das Beispiel belegt ebenfalls die vorteilhafte Verschiebung der Schwellspannung zu kleineren Werten bei Verwendung unsymmetrischer Zellen.The example also demonstrates the advantageous shift in the threshold voltage to smaller values when using asymmetrical cells.

Claims (8)

1. Monostabiles chiral-smektisches Aktivmatrix-Display, das zwischen zwei außen mit Elektroden verbundenen Substraten eine Flüssigkristallschicht enthält, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten oder die zwischen Flüssigkristallschicht und Elektroden befindlichen Schichtsysteme der beiden Substrate in mindestens einer physikalischen und/oder chemischen Eigenschaft voneinander unterscheiden.1. Monostable chiral-smectic active matrix display, which contains a liquid crystal layer between two substrates connected to the outside with electrodes, characterized in that the layers adjacent to the liquid crystal layer or the layer systems of the two substrates located between liquid crystal layer and electrodes in at least one physical and / or chemical property from each other. 2. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkristallschicht anliegenden Schichten der Substrate in der Orientierungswirkung unterscheiden.2. Active matrix display according to claim 1, characterized in that the layers of the substrates in contact with the liquid crystal layer in the Distinguish orientation effect. 3. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß nur eines der Substrate als an der Flüssigkristallschicht anliegende Schicht eine Orientierungsschicht aufweist.3. Active matrix display according to claim 1 or 2, characterized in that only one of the substrates as a layer adjacent to the liquid crystal layer has an orientation layer. 4. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Substrate als an der Flüssigkristallschicht anliegende Schichten Orientierungsschichten aufweisen, die sich in der Orientierungswirkung unterscheiden.4. active matrix display according to claim 1 or 2, characterized in that both substrates as layers adjacent to the liquid crystal layer Have orientation layers that differ in the orientation effect differentiate. 5. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Orientierungsschichten in der Stärke und/oder Richtung der Orientierung unterscheiden. 5. active matrix display according to claim 4, characterized in that the Orientation layers in the strength and / or direction of orientation differentiate.   6. Aktivmatrix-Display nach Anspruch 1, 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß sich die an der Flüssigkeitkristallschicht anliegenden Schichten in der Oberflächenrauheit und/oder im Oberflächentiltwinkel unterscheiden.6. active matrix display according to claim 1, 2 or 4, characterized in that the layers adjacent to the liquid crystal layer in the Distinguish surface roughness and / or in the surface tilt angle. 7. Aktivmatrix-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht in einer Monodomäne vorliegt.7. Active matrix display according to one of claims 1 to 6, characterized characterized in that the liquid crystal layer is in a monodomain. 8. Aktivmatrix-Display nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkristallschicht chiral-smektisch und die Phasenfolge
I-N-smC* oder
I-N-smA (mit einem Existenzbereich < 2°C)-smC* ist.
8. Active matrix display according to one of claims 1 to 7, characterized in that the liquid crystal layer is chiral-smectic and the phase sequence
IN-smC * or
IN-smA (with an area of existence <2 ° C) -smC *.
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